海量地形数据绘制技术研究与实现

摘要

随着计算机的不断发展，社会对计算机图形学的需求也越来越大。本文所研究的海量地形渲染技术一直是计算机图形学中的热点问题。海量地形不仅在科研中有着非常重要的应用，在军用以及民用中也有着非常广泛的需求。数字城市、虚拟战场、娱乐游戏等等都需要海量地形渲染技术的支撑。
　　全文围绕海量地形绘制系统的实现展开，进而详细剖析所使用的地形算法并基于此提出优化方法。本文首先对常用的几个地形绘制算法进行了研究，包括Brute地形绘制算法、Geomipmap地形绘制算法、四叉树地形绘制算法等。通过对地形算法的学习，了解地形绘制的基础知识。接着介绍了海量地形算法的具体情况。海量地形渲染技术一直被几个技术难点所困扰。首先是外存数据量过于庞大，如何有效的组织数据为渲染服务一直是研究的热点。其次是内外存数据传输速率较慢，与渲染速度不匹配的问题，这会成为整个渲染流程中的瓶颈，因为在每次渲染之前都需要通过内外存数据传输来获得相应的数据。第三是如何有效的提高渲染速度。本文的研究重点主要集中在后面两个难点上。关于内外存传输速率较慢的问题，本文考虑使用缓存的方式对外存数据实行存储。这样能够保证在每一帧的渲染中不必都去外存读取相关数据，减少内外存交换数据的频率。不仅如此，为了进一步的提高渲染效率，在此基础上又添加了二级缓存，二级缓存会对地形块的渲染信息进行保存，不必每帧都去获取渲染信息。通过这种双缓冲机制可以有效的提高整个渲染的效率。对于最后一个问题，近来随着GPU的快速发展，已经有人提出了基于GPU的地形绘制算法，即Chunklod算法。为了使算法效率更高，在此基础上本文添加了基于块的视锥体剪裁技术。以减少每次进入渲染流程的顶点。不仅如此，本文中还对原算法中的跃变处理技术进行了一定的修改，减少其运算量。通过对原算法的一系列改进，使其在应对海量数据地形渲染中有着更高的效率，帧率总体上升了几百帧。
　　本文实现了一款海量地形仿真软件。本文对该软件的实现进行了讲解。主要介绍了系统的框架、核心流程以及系统的核心结构，并对该结构中的具体的类也逐一进行分析。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 海量地形应用及实现条件

1.4 论文的主要工作、特色及章节安排

第二章 地形基础绘制算法

2.1 地形绘制基础

2.2 地形绘制算法研究

2.3本章小结

第三章 海量地形仿真系统

3.1 离线部分

3.2 实时CPU

3.3 实时GPU

3.4 系统关键技术

3.5 仿真系统性能指标、要求

3.6 本章小结

第四章 海量地形绘制算法

4.1 仿真系统的实现

4.2 基于GPU地形绘制算法

4.3 实验效果

4.4 本章小结

第五章 海量地形绘制加速方法

5.1 优化仿真系统的实现

5.2 跃变优化处理

5.3 基于块的视锥体剪裁

5.4 双缓冲机制

5.5 实验效果

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历及硕士期间获奖情况